中深孔在谷家台矿区的应用

谷家台铁矿是一个井下大水矿山, 地质储量7900余万吨。现在采用井下近矿体顶板灰岩倾斜帷幕注浆堵水与预控顶上向分段充填采矿法, 经过注浆堵水满足采矿条件后, 才可进行大爆破落矿, 随着采矿业的发展, 中深孔落矿在金属矿山得到广泛应用, 而中深孔的设计对长锚索支护及落矿效果影响尤为显著, 在深入调研和试验的基础上, 通过对采场生产能力、采场安全、材料消耗等方面比较论证, 认为预控顶上向分段充填中深孔落矿采矿法适合本矿的开采技术条件与矿山的生产规模相适应, 并应用上下向垂直中深孔落矿, 矿房两侧预裂爆破的回采方式。该回采方式具有顶板两帮安全系数高、作业强度小、采场生产能力大、回采回收率高、经济效益显著等特点。

1 支护中深孔的设计与施工

谷家台铁矿的注浆堵水是一个及其复杂的过程, 注浆堵水后, 先进行上水平的预控顶, 预拉切采用7655或凿岩台车凿岩, 浅眼落矿, 矿房顶帮尽量平整, 不稳固的矿房进行临时支护, 拉切完成后进行长锚索预加固支护, 锚孔首先采用YGZ-90钻凿φ65mm上向孔, 孔深及间距由矿岩条件决定, 一般采用菱形交错布置网度3m×3m, 局部破碎地带加密至2m×2m, 锚固深度一般不低于6m。当锚孔的上部有巷道时, 锚孔深度以低于上水平巷道底板0.5m为准, 当矿体倾角较缓时, 靠上盘的锚孔深度以进入上盘岩石3m～4m为准, 靠下盘锚孔增加1～3个斜孔。锚孔一般情况下垂直于采场顶板, 一排孔必须在一个排面上。

锚索孔施工完毕后, 采用人工将设计长度的长锚索 (φ15.24mm钢绞线) 送入孔底, 长锚索安装时, 其头部用棉纱、布头、黑胶布等缠绕牢固, 缠绕直径略大于锚孔直径。长锚索注浆后养护7天, 即可进行爆破采矿。

2 爆破中深孔的设计与施工

爆破中深孔分为主爆孔和矿房边界的预裂孔, 凿岩设备为YGZ-90凿岩机、T-100高气压环形潜孔钻机。

根据矿山经验, 按炮孔直径确定最小抵抗线, 中深孔落矿的最小抵抗线W=23～30d (d为炮孔直径) , 然后确定孔底距, 由于采用的是预控顶采矿法, 先采用中深孔成井技术, 形成切割立槽, 然后以切割拉槽为自由面, 从切割立槽两侧逐排爆破中深孔, 因此, 炮孔排距即为最小抵抗线。

由于谷家台矿体上部倾角大, 矿体陡, 下部倾角小, 矿体缓, 当倾角大于60度时只采用T-100高气压环形潜孔钻机钻凿φ91的下向中深孔;当倾角比较小时矿体下盘采用T-100高气压环形潜孔钻机钻凿φ91的下向中深孔, 上盘采用YGZ-90凿岩机钻凿φ60的上向中深孔, 预裂孔与主爆孔采用同样方式施工。

在矿山生产实践中, 对上向中深孔直径和最小抵抗线进行了优化, 选取中深孔直径65mm、60mm、55mm3种直径。方案Ⅰ:最小抵抗线w=1.25m、孔底距a=2.1m;方案Ⅱ:最小抵抗线w=1.4m、孔底距a=1.8m;对方案Ⅰ、Ⅱ最小抵抗线进行对比实验, 根据凿岩爆破成本、炸药单耗、大块率、出矿效率等指标综合评价, 推荐炮孔直径60mm、最小抵抗线1.25m、孔底距2.1m为最佳参数。以矿房崩矿相比较, 小抵抗线、大孔底距爆破参数的矿房出矿二次破碎材料消耗比大抵抗线、小孔底距爆破参数的矿房降低15%～25%, 小抵抗线、大孔底距比大抵抗线、小孔底距的爆破崩矿块度更好, 大块率低, 出矿效率高。对于下向中深孔的直径和最小抵抗线现在采用91mm, 最小抵抗线2m, 孔底距2.5m～3m平行交错布置,

为了使预裂爆破达到良好的效果, 需要正确地选定预裂爆破的参数。由于影响预裂爆破参数的因素很多, 如装药密度、钻孔间距、地质条件、炸药性能、药包结构以及不偶合系数等等。这些因素之间的关系又很复杂, 要想建立比较接近实际的参数计算式是很困难的。因此在目前只有通过现场爆破试验, 才有可能选定比较接近工程实际的参数。目前情况下, 依靠经验公式结合矿房实际情况来确定主要的爆破参数, 预裂孔直径60mm, 孔间距0.6m及预裂孔直径91mm, 孔间距1m两种布置参数。

矿房爆破一般采用非电导爆管起爆系统, 复式网路, 孔内延时, 同时孔内敷设导爆索, 电子起爆器引爆。装药前用炮杆插入孔底, 检查深孔质量, 装药时先将用导爆索加工好的药卷送到孔底, 再依次将其它药卷装入空内, 最后孔口预留1.5m, 装入起爆药卷。装药时导爆索不能打折, 切割时孔口留出15cm～20cm, 预裂孔采用不耦合装药, 用φ32炸药缠在导爆索上装入空内即可, 起爆先于本排主爆孔。装入起爆药包后, 下向孔用河沙填塞, 上向孔用黄泥堵塞, 堵塞长度不小于1m。

随着国内高精度导爆管雷管器材的出现, 我们尝试着采用通过高强度、高精度导爆管雷管实现逐孔起爆技术, 现场应用表明, 该技术的使用具有爆破整体效果好、爆破震动效应小、爆破安全性好以及采装等综合效益显著的特点。逐孔起爆技术能够使炮孔在时间和空间上独立起爆, 爆破震动大大降低, 尤其是对于我们采用注浆堵水采矿法的矿山意义重大。

由于采用的是预控顶采矿法, 第二分段及以上矿房都已拉切支护, 且平行孔大块率低, 均采用平行孔来爆破崩矿。

3 结语

采用长锚索注浆提前加固顶板并配合喷浆支护很好的保障了顶板, 并起到再次检查顶板灰岩透水性;采用矿房边界的预裂爆破对矿房两帮破坏较小, 提供了安全的作业环境。

中深孔爆破是普遍采用的技术手段, 采用中深孔爆破崩矿, 落矿高度提高到12m, 落矿长度延长到采场全长, 铲运机工时利用率提高1/3以上, 辅助作业时间减少1/3以上, 回采周期缩短1/3以上, 采场生产能力提高2倍以上, 生产成本降低20%～30%。

中深孔的排距和孔底距可根据矿石硬度及矿体裂隙发育情况进行适当调整, 排距可在1.2m～1.4m间选取, 孔底距可在1.8m～2.1m间选取, 结合现场适时改善爆破参数, 用最低的爆破成本, 获取最好的爆破效果。

中深孔落矿的难点在于如何提高爆破块度的均匀度指标、降低炸药单耗及器材的消耗量、降低矿石贫化率等问题上。小抵抗大孔底距微差挤压爆破技术能够很好解决这些难题, 同时对影响爆破效果的主要因素进行了分析, 并提出了这一爆破技术合理的孔网参数确定方法, 在此基础上又探讨了逐孔起爆技术的相关知识, 实践证明, 该爆破技术和各主要参数的研究方法是合理的, 并取得了良好的技术经济效果。

摘要：本文论述了中深孔在谷家台矿区采用预控顶上向分段充填采矿法中的应用, 特别是支护中深孔的设计施工及爆破中深孔参数的设计与爆破施工。

关键词：长锚索支护,中深孔爆破,预裂爆破